陳建譯

全生命周期管理是一種整體的思維方式和管理理念，其核心在于尋求實(shí)施一個(gè)框架來管理設(shè)備、產(chǎn)品或服務(wù)開發(fā)的每個(gè)階段［1］。設(shè)備全生命周期管理以生產(chǎn)經(jīng)營為目的，通過一系列的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織措施，對(duì)設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、選型、購置、安裝、使用、維護(hù)、維修、改造、更新直至報(bào)廢的全過程進(jìn)行管理，以獲得設(shè)備生命周期費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)、設(shè)備綜合產(chǎn)能最高的理想目標(biāo)［2］。

設(shè)備全生命周期成本（LCC）是在設(shè)備全生命周期管理理念實(shí)施中，資產(chǎn)全生命周期管理的主要技術(shù)和具體化措施，是一種管理理念和方法［3-4］。LCC管理的核心內(nèi)容是從一開始就將工作做好，對(duì)設(shè)備項(xiàng)目或系統(tǒng)進(jìn)行LCC 分析，并進(jìn)行決策［5］。

1 設(shè)備全生命周期管理發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀

1904 年，瑞典鐵路提出鐵路建設(shè)維護(hù)全生命周期管理理念和全生命周期成本問題。20 世紀(jì)60 年代，因通貨膨脹影響，美國軍事領(lǐng)域的資源和經(jīng)費(fèi)預(yù)算受到限制，美國國防部在軍事裝備采購上首次引入了全生命周期管理和LCC 分析，全面評(píng)估采購成本、維護(hù)成本和廢棄成本，以提高資源和經(jīng)費(fèi)預(yù)算的使用效率。20 世紀(jì)70 年代，英國和美國以全生命周期管理為基礎(chǔ)，將技術(shù)管理與經(jīng)濟(jì)管理結(jié)合，提出了設(shè)備綜合工程學(xué)。20 世紀(jì)80 年代之后，全生命周期管理應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，其中典型的運(yùn)用主要為各重要電力設(shè)備制造商和各大電力公司，如ABB、 Siemens、英國NG 公司、加拿大 HyDro電力公司等［6-8］。

1.2 國內(nèi)發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)對(duì)設(shè)備全生命周期的理論研究和實(shí)際應(yīng)用較晚。直到21 世紀(jì)之后，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等電力公司才引入國外電力企業(yè)資產(chǎn)全生命周期管理理念和管理框架，并進(jìn)行了應(yīng)用；2013 年12 月發(fā)布了《資產(chǎn)全生命周期管理體系導(dǎo)則》。

1.3 鐵路行業(yè)的發(fā)展史及應(yīng)用現(xiàn)狀

在鐵路行業(yè)，首先應(yīng)用集中在歐洲，例如：1999 年，有人將LCC 分析用來評(píng)估軌道結(jié)構(gòu)；2001 年，有文獻(xiàn)介紹了LCC 分析在荷蘭高速鐵路的一個(gè)實(shí)例和維護(hù)更新策略；2009 年LCC 分析方法在韓國輕軌領(lǐng)域應(yīng)用［9］。而國內(nèi)鐵路設(shè)備全生命周期管理研究很少，僅能查到寥寥幾篇論文或翻譯的書籍。

2 廣鐵電務(wù)設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀分析

2.1 存在的主要問題

1）設(shè)備監(jiān)控、監(jiān)測手段不夠全面。如軌旁設(shè)備監(jiān)測、機(jī)械室遠(yuǎn)程自動(dòng)巡檢、環(huán)境監(jiān)測等未全面推廣應(yīng)用。

2）數(shù)據(jù)存在局限性。目前僅有運(yùn)維階段數(shù)據(jù)，上游設(shè)備制造數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)與施工數(shù)據(jù)、設(shè)備采購數(shù)據(jù)以及下游報(bào)廢再利用數(shù)據(jù)等仍未共享；電務(wù)設(shè)備出廠技術(shù)參數(shù)、檢驗(yàn)報(bào)告電子信息尚未與設(shè)備一同交付；設(shè)計(jì)文件、設(shè)備施工調(diào)試記錄、施工調(diào)試技術(shù)參數(shù)等仍未進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。

3）存在數(shù)據(jù)孤島，部分重要數(shù)據(jù)遺漏或丟失。車載設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)備入所檢測數(shù)據(jù)、設(shè)備履歷簿數(shù)據(jù)等受網(wǎng)絡(luò)物理隔離或廠家壁壘等影響，仍不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享和關(guān)聯(lián)分析；大部分設(shè)備安裝調(diào)試、部件更換等設(shè)備重要記錄數(shù)據(jù)沒有形成電子記錄；設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)循環(huán)覆蓋存儲(chǔ)，設(shè)備亞健康數(shù)據(jù)和設(shè)備故障數(shù)據(jù)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和永久存儲(chǔ)。

4）尚未形成基于設(shè)備唯一身份的信息追蹤體系。設(shè)備賦碼未全面開展，設(shè)備基礎(chǔ)信息采集尚不全面；實(shí)施設(shè)備管理的基層站段、車間和工區(qū)對(duì)設(shè)備生命周期過程中的數(shù)據(jù)采集、歸檔重視不夠；尚未形成根據(jù)設(shè)備身份二維碼一碼查詢?nèi)芷谛畔⒌牟樵冏粉欝w系。

2.2 既有研究和應(yīng)用基礎(chǔ)

目前在廣州局集團(tuán)公司，電務(wù)8D 已運(yùn)用，可提供設(shè)備全生命周期運(yùn)維階段基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；高鐵車載ATP 一車一檔已實(shí)施十余年；電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)已在懷邵衡鐵路應(yīng)用。特別是2017 年以來，在懷邵衡鐵路形成了電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)總體架構(gòu)（圖1），具有電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用功能（圖2），并包括全生命周期管理（LCM）和故障預(yù)測與健康管理（PHM）接口。

圖1 電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)總體架構(gòu)

圖2 電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用功能

2020年起，設(shè)備賦碼管理開始在長沙電務(wù)段電子設(shè)備車間、信號(hào)檢修車間運(yùn)用。設(shè)備入所檢測后，全段統(tǒng)一除塵、編號(hào)，給設(shè)備賦碼，實(shí)施設(shè)備查詢、統(tǒng)計(jì)、分析綜合管理“一碼通”。通過掃描設(shè)備上的二維碼，即可知設(shè)備當(dāng)前位置和運(yùn)用檢修歷史。

國鐵集團(tuán)已頒布電務(wù)行業(yè)通信信號(hào)設(shè)備編碼規(guī)范，為電務(wù)設(shè)備全生命周期管理奠定了編碼基礎(chǔ)。其中，信號(hào)方面已下發(fā)的主要編碼規(guī)范有：《鐵路信號(hào)設(shè)備單元?jiǎng)澐?、編碼及表征規(guī)范（暫行）》（運(yùn)電信號(hào)函［2016］360號(hào)）；通信方面有：《鐵路通信設(shè)備設(shè)施單元?jiǎng)澐旨熬幋a規(guī)范（暫行）》（運(yùn)電通信［2016］330號(hào)），《鐵路通信設(shè)備設(shè)施單元?jiǎng)澐旨熬幋a規(guī)范》（運(yùn)電通信函［2017］269號(hào)）等。

3 廣鐵電務(wù)設(shè)備全生命周期管理規(guī)劃

3.1 總體規(guī)劃

電務(wù)設(shè)備全生命周期管理現(xiàn)狀分析與主要任務(wù)總體規(guī)劃見圖3。其中：電務(wù)系統(tǒng)設(shè)備包括設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維和報(bào)廢共5 個(gè)順序發(fā)生的全生命周期階段；數(shù)據(jù)來源與業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)顯示的是每個(gè)全生命周期階段相關(guān)的數(shù)據(jù)；錄入通道顯示了每個(gè)全生命周期階段的相關(guān)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，打“×”的部分為存在數(shù)據(jù)隔離與信息孤島，需要在全生命周期管理過程中實(shí)施打通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；藍(lán)色部分為既有已實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能，其余部分為規(guī)劃中需要克服的主要問題和需要實(shí)施的主要任務(wù)；數(shù)據(jù)升級(jí)運(yùn)用包括電務(wù)全生命周期大數(shù)據(jù)中心和基于電務(wù)全生命周期大數(shù)據(jù)中心的LCC 管理、按編碼一鍵統(tǒng)計(jì)查詢、故障預(yù)測與健康管理（PHM）等。

圖3 電務(wù)設(shè)備全生命周期管理現(xiàn)狀分析與主要任務(wù)總體規(guī)劃

基于設(shè)備碼的綜合大數(shù)據(jù)庫，建立全生命周期管理的電務(wù)設(shè)備信息模型，見圖4。電務(wù)設(shè)備信息模型以“一碼通”為目的，包括設(shè)備建檔、采購、入檔、安裝調(diào)試、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備維護(hù)、維修、改造、更新、報(bào)廢處理等10 類數(shù)據(jù)記錄。其中，設(shè)備建造檔案生成廠家賦的制造碼，入檔記錄則生成用戶賦的設(shè)備碼。

圖4 基于設(shè)備全生命周期管理的電務(wù)設(shè)備信息模型

3.2 主要目標(biāo)

1）信號(hào)和通信設(shè)備統(tǒng)一編碼管理“一碼通”。每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)唯一的設(shè)備碼，全生命周期過程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等“一碼通”。重點(diǎn)和難點(diǎn)在于圖3 中正在建設(shè)、尚未建設(shè)和數(shù)據(jù)不通的部分。

2）形成電務(wù)信息模型和電務(wù)大數(shù)據(jù)庫。信號(hào)和通信設(shè)備數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的設(shè)備碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成電務(wù)信息模型和電務(wù)大數(shù)據(jù)庫。

3）實(shí)施信號(hào)和通信設(shè)備LCC管理。

4）探索電務(wù)設(shè)備故障預(yù)測和健康管理PHM。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，繼續(xù)研究和發(fā)展電務(wù)設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù)，實(shí)施電務(wù)設(shè)備故障預(yù)測和健康管理；應(yīng)用故障預(yù)測技術(shù)，進(jìn)一步減少設(shè)備故障，減少應(yīng)急處置；深化電務(wù)設(shè)備維修體制改革。

4 電務(wù)設(shè)備全生命周期管理運(yùn)用

由于實(shí)施全生命周期管理涉及到設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維和報(bào)廢各個(gè)生命階段有關(guān)的生產(chǎn)流程優(yōu)化和整合，因此廣鐵集團(tuán)電務(wù)部決定率先在長沙電務(wù)段電子設(shè)備車間和信號(hào)檢修車間試行、完善。

4.1 細(xì)化設(shè)備編碼規(guī)則

根據(jù)《鐵路信號(hào)設(shè)備單元?jiǎng)澐帧⒕幋a及表征規(guī)范（暫行）》（運(yùn)電信號(hào)函［2016］360 號(hào)）的基本思想，將電子設(shè)備和入所修信號(hào)設(shè)備中可以獨(dú)立裝配的板卡或部件稱為“器材”。將器材作為全生命周期管理的基本單位，為每一個(gè)器材設(shè)定統(tǒng)一的編碼規(guī)則。

編碼以二維碼和字母數(shù)據(jù)組合2 種形式同時(shí)印制在標(biāo)簽上，粘貼在器材合適的位置?？紤]到大量部件和板卡尺寸較小，編碼盡可能簡捷，總長不超過15位。

以設(shè)備為單位，設(shè)立各種器材的虛擬組合。給每個(gè)設(shè)備賦予一個(gè)唯一的設(shè)備碼，包括本設(shè)備組合的所有器材。當(dāng)更換設(shè)備內(nèi)的器材時(shí)，先解綁設(shè)備，將設(shè)備變成一個(gè)個(gè)已經(jīng)賦予唯一編碼的板卡或部件；更換完畢后，再將若干器材組合成設(shè)備。設(shè)備編碼與器材編碼之間的關(guān)系示例見圖5。其中S000000001 為設(shè)備編碼， 是器材編碼000000000000001～000000000000010 的 一 個(gè) 虛 擬組合。器材按照種、類、型號(hào)、同一型號(hào)內(nèi)的序號(hào)等元素統(tǒng)一編碼，保證每件器材編碼的唯一性。

圖5 設(shè)備編碼與器材編碼的關(guān)系示例

4.2 設(shè)備全生命周期成本評(píng)估

器材LCC 主要包括投資成本（CI）、運(yùn)行成本（CO）、養(yǎng)護(hù)成本（CM）、維修成本（CF）和廢置處理成本（CD），即LCC＝CI＋CO＋CM＋CF＋CD。

以長沙電子設(shè)備車間TYJL-ADX 監(jiān)控機(jī)610為例，投資成本為購買和安裝監(jiān)控機(jī)產(chǎn)生的費(fèi)用；運(yùn)行成本主要是電費(fèi)和由監(jiān)控機(jī)故障引發(fā)的因耽誤行車、被考核扣款等方面的損失；養(yǎng)護(hù)成本包括巡視檢修人員工資；維修成本主要為更換監(jiān)控機(jī)已壞板卡需要的采購支出；廢止處理成本包括拆卸、運(yùn)輸淘汰的監(jiān)控機(jī)產(chǎn)生的費(fèi)用支出減去處理廢舊監(jiān)控機(jī)的收益。

當(dāng)監(jiān)控機(jī)工作狀態(tài)不穩(wěn)，可能引發(fā)因繼續(xù)使用而帶來較大損失時(shí)，及時(shí)采取提前大修更換整機(jī)措施，或者維修更換部件。雖然更換整機(jī)會(huì)增加投資成本，更換部件會(huì)增加維修成本，但減少的可能是更大數(shù)額的運(yùn)行成本，則總體上減小了全生命周期成本總額。

另外，加強(qiáng)監(jiān)控機(jī)的養(yǎng)護(hù)，雖然可能增加養(yǎng)護(hù)成本，但是可在較長時(shí)間內(nèi)保持監(jiān)控機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定，即減少監(jiān)控機(jī)維修成本。監(jiān)控機(jī)老化后，養(yǎng)護(hù)難度加大，養(yǎng)護(hù)成本急劇增加，此時(shí)則將考慮更換部分老舊部件，以適當(dāng)增加維修成本的方式來總體上降低全生命周期成本支出。

4.3 設(shè)備檢修流程優(yōu)化

1）入所設(shè)備檢修流程優(yōu)化。根據(jù)設(shè)備生命周期理論、設(shè)備編一器材的關(guān)系和設(shè)備劣化規(guī)律，入所設(shè)備的檢修流程優(yōu)化為：查詢?cè)O(shè)備基礎(chǔ)信息→根據(jù)基礎(chǔ)信息初步評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)→根據(jù)設(shè)備健康狀態(tài)分類檢修，見圖6。通過步驟2、步驟3 和步驟4，分別將入所檢修設(shè)備細(xì)分為大修和檢修，進(jìn)一步提高入所檢修的精準(zhǔn)度，提高檢修質(zhì)量的同時(shí)，合理利舊，節(jié)約電務(wù)設(shè)備管理成本。

圖6 基于全生命周期的入所修設(shè)備檢修流程優(yōu)化

2）新購設(shè)備驗(yàn)收流程優(yōu)化。優(yōu)化后的新購設(shè)備驗(yàn)收流程見圖7。增加登記賦碼和導(dǎo)入出廠信息，對(duì)新購設(shè)備全面賦碼，做到一件不漏。對(duì)設(shè)備賦予唯一的編碼作為今后設(shè)備的唯一識(shí)別碼。新購設(shè)備賦碼之后，將設(shè)備的生產(chǎn)廠家、出廠日期、驗(yàn)收合格證編號(hào)、驗(yàn)收人員、主要技術(shù)參數(shù)、采購日期、設(shè)備原值等信息導(dǎo)入全生命周期管理信息系統(tǒng)。信息導(dǎo)入后，再順序進(jìn)行硬件檢測、軟件檢測、檢測驗(yàn)收和登記封裝程序。

圖7 基于全生命周期的新購設(shè)備驗(yàn)收流程優(yōu)化

5 結(jié)論與展望

在鐵路電務(wù)設(shè)備管理中研究和實(shí)踐全生命周期管理，從電務(wù)設(shè)備合理分類、細(xì)化設(shè)備編碼規(guī)則入手，將設(shè)備以及組成設(shè)備的器材賦予唯一識(shí)別碼，在電務(wù)設(shè)備查詢統(tǒng)計(jì)、故障分析、生產(chǎn)成本優(yōu)化、設(shè)備日常維修、下道設(shè)備再利用等方面做到設(shè)備和器材“一碼通”。

2020 年以來在長沙電務(wù)段電子設(shè)備車間和信號(hào)檢修車間試用至今，進(jìn)一步打通了多個(gè)設(shè)備管理相關(guān)信息孤島、優(yōu)化了管理流程、提升了設(shè)備質(zhì)量。其中電子設(shè)備車間對(duì)25 193 項(xiàng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、TDCS、CTC 和信號(hào)集中監(jiān)測主要電子設(shè)備進(jìn)行賦碼管理，根據(jù)全生命周期成本理念靈活地區(qū)分檢修和大修，2021 年一季度設(shè)備故障率同比和環(huán)比均下降10%左右，而設(shè)備維護(hù)成本下降約20%。

基于目前電務(wù)設(shè)備相關(guān)系統(tǒng)多、信息孤立、維修數(shù)據(jù)采集記錄不全等現(xiàn)狀，全面實(shí)施基于電務(wù)設(shè)備全生命周期信息的LCC 管理，還有一個(gè)相關(guān)方面共同完善的過程。在長沙電務(wù)段試用的基礎(chǔ)上，全生命周期管理將在贛深高鐵等新建鐵路進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。另外，在電務(wù)設(shè)備全生命周期信息完善的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步實(shí)施設(shè)備故障預(yù)測與健康管理，提升電務(wù)設(shè)備維護(hù)管理的智能化。